飞翼布局飞机开裂式方向舵的作用特性和使用特点

大展弦比飞翼布局飞机取消了垂尾和常规方向舵,通常采用大偏角的开裂式方向舵作为偏航操纵面.基于风洞试验数据,研究了开裂式方向舵的偏航操纵非线性、小偏角偏航舵效低、附加力效应显著和3轴操纵耦合等特性,并分析了其偏转对飞机气动特性和稳定特性的影响.总结了开裂式方向舵在各飞行任务阶段下的使用特点,如针对其小偏角偏航舵效低的特性...     

民用飞机偏航控制系统设计策略研究

偏航控制系统是保证飞机安全飞行的关键系统,其性能优劣不仅直接影响飞机的操纵品质和性能,失效状态下还会危及飞机的飞行安全,方向舵作为偏航控制主要操纵面,其权限管理、余度配置以及稳定能力的设计都需要高的可靠性和安全性;如果使用闭环控制回路,设计措施来避免系统与飞机弹性模态之间的不良耦合是必须的。     

开裂式方向舵在变前掠翼布局中的操纵性能研究

 针对变前掠翼(VFSW)无尾布局的横航向操纵,设计了开裂式方向舵(SR)操纵面,采用Navier-Stokes控制方程的有限体积离散方法以及剪切应力输运(SST)湍流模型,计算了变前掠翼中平直翼和典型的前掠翼布局开裂式方向舵的操纵性能,并对其操纵效率进行了比较,分析了其流场形态。计算结果表明:右侧开裂式方向舵打开后,平直翼时迎角对偏航力矩的影响较小,而舵偏量对偏航影响显著,利于偏航;前掠翼的偏航力矩随迎角的增加有所波动,但在小迎角时较为稳定,偏航作用随舵偏量增加而增强;右侧滑对滚转作用强于左侧滑,偏航作用低于左侧滑。经比较,平直翼的偏航作用明显强于前掠翼,平直翼和前掠翼的滚转和偏航作用均具有耦合性,但平直翼的耦合效应弱于前掠翼。     

民用飞机控制律对偏航机动载荷影响分析

飞机机动过程中方向舵快速大幅偏转会使方向舵和垂尾上产生较大气动载荷并传递到后机身,导致 驾驶员来回往复蹬舵造成安全事故。针对 CCAR-25部25.351条规定的偏航机动情况及 CS-25部25.353规定的偏航机动新条款——方向舵往复偏转,本文首先对两种偏航机动条款分别进行分析;然后考虑控制律进行 偏航机动情况机动仿真计算;最后通过比较分析飞机响应运动参数及垂尾载荷计算结果,并分析控制律对偏航 机动载荷的影响。结果表明:对于偏航机动,考虑控制律后飞机的响应幅度有所缓减,导致垂尾载荷有所降低; 对于偏航机动新条款,由于方向舵反向偏转导致侧滑角贡献和方向舵偏度贡献垂尾载荷两者叠加,从而导致垂 尾载荷大幅增加;P-Beta控制律有效降低了方向舵往复偏转的垂尾载荷。     

副翼-差动平尾组合横滚操纵系统的研究(二)

三、副翼-差动平尾组合横滚操纵系统气动设计问题 1.对差动平尾偏航力矩问题的对策和技术措施 (1)平衡差动平尾偏航力矩的“方向舵交联(ARI)”方案及其问题采用差动平尾的现代飞机普遍地采用方向舵对横向操纵的交联(ARI)来平衡其偏航力矩,如表1所示。为此从设计观点出发,分析了现代歼击机采用方向舵交联的多种原因和目的,研究了有关品质、指标、检查方法、设计准则、交联规律选择、交联量计算等问题。详细设计计算了本机采用方向舵交联的具体方案后发现如下技术难点: ①需采用变交联比方案,实现难度大,代价大。如前所述,本机差动平尾所产生的     

副翼-方向舵交联系统和稳定轴偏航阻尼器对某机抗偏离/尾旋效果研究

本文是在对某机尾旋特性研究的基础上,探讨引入副翼-方向舵交联系统和稳定轴偏航阻尼器对该机尾旋进入特性的影响,看其抗偏离/尾旋效果.研究方法仍采用微分方程的分支突变理论,结合时域动态响应,计算装有这类控制系统后的飞机平衡面等.     

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。     

某高速着陆无人机方向舵纠偏控制设计及性能分析

无人机高速着陆过程中,由于侧风或初始干扰导致的滑跑侧偏极其危险。基于高速状态下方向舵纠偏效率高的特点,建立某无人机高速着陆动力学模型,设计方向舵纠偏控制策略,并基于Matlab/Simulink平台建立无人机滑跑非线性动力学模型及方向舵纠偏控制模型;对具有初始1°偏航角和1m/s持续垂直侧风情况下的无人机着陆工况进行仿真分析,并通过控制着陆速度、着陆初始姿态角和侧风强度,分析纠偏控制系统的性能。结果表明:所设计的纠偏控制系统具有一定的航向纠偏和抗持续侧风能力,最大侧偏距小于3 m,偏航角小于5°,较好地实现了高速滑跑阶段的侧向纠偏性能。     

多操纵面飞翼布局作战飞机的控制分配方法

飞翼布局作战飞机取消了升降舵和常规方向舵,采用冗余的新型多操纵面配置新方案,并使用大偏角的阻力方向舵来实现其偏航操纵.阻力方向舵的偏转会同时引起3个轴向的附加力和力矩,且具有单侧偏转为偏航操纵、双侧偏转为增阻减速的功能特点.为了解决这类新布局飞机操纵面多于控制指令的冗余设计和操纵面无明确功能轴向的新问题,在其飞行控制系...     

非线性静气动弹性分析方法在阻力方向舵上的应用

对于无尾飞翼布局飞机,阻力方向舵是一种十分有效的航向操纵装置,在开裂状态下利用其产生的阻力形成的偏航力矩进行偏航控制.在这一过程中,阻力方向舵的气动分布具有较强的非线性特性,由此导致的舵面弹性变形会对其操纵效率产生较大影响.采用基于CFD/CSD的流固耦合方法,完成了非线性静气动弹性设计建模及仿真计算方法研究,开展了阻...     

一种方向舵-螺旋桨联用的全翼式太阳能无人机横航向控制方法

以全翼式太阳能无人机（UAV）为研究对象,针对无副翼状态下横航向控制问题,提出了采用方向舵偏转和螺旋桨差动进行横航向控制的方法。首先,分析了两个螺旋桨条件下该类无人机横航向的稳定性与操纵性;然后,基于线性自抗扰控制（LADRC）理论,以方向舵偏和螺旋桨差动为控制输出,分别设计了滚转角控制器和偏航角控制器。最后,结合滚转角控制和偏航角控制的优缺点,在L1轨迹跟踪算法的基础上设计了方向舵和螺旋桨联用的直线轨迹跟踪器。仿真结果表明：所设计的控制器具有较好的控制性能、鲁棒性和抗风性。同时参数整定过程相对简单,并采用实际可测的物理量,为进一步工程应用提供参考。     

开裂角对阻力方向舵颤振特性的影响

对于无垂尾飞翼式布局飞机,阻力方向舵是一种十分有效的偏航控制装置。偏航控制时,舵面大角度偏转,引起气流分离、涡等复杂流场运动,非定常气动力复杂。计算气动弹性学科提出流固耦合求解方法,以期用于阻力方向舵气动弹性问题的求解。本文采用基于CFD技术的流固耦合方法求解阻力方向舵二维气动弹性问题,计算结果表明,随着开裂角的增大,阻力方向舵的颤振速度增加。对阻力方向舵气动特性进行了计算分析,结果表明阻力方向舵开裂,舵面背风区形成死水区,舵面非定常气动力影响系数减小,阻力方向舵开裂角越大,其颤振速度越大。     

开裂式方向舵对某无尾飞翼布局飞机气动特性影响的实验研究

开裂式方向舵是无尾飞翼布局飞机一种重要的阻力式偏航装置。本文在不同马赫数和舵偏下,通过风洞实验,深入研究了开裂式方向舵的作动对某无尾飞翼布局飞机气动特性的影响。研究结果表明开裂式方向舵是一种合理的偏航式操纵装置,能够在升力、侧力和俯仰力矩变化较小的条件下提供较大的偏航力矩,但也与滚转力矩存在一定程度的耦合。本文的研究为开裂式方向舵的工程化应用提供了一定的基础。     

基于时滞不确定理论的导弹鲁棒控制系统设计

针对含有参数不确定性、干扰和响应延迟的控制系统鲁棒性设计问题,采用状态反馈控制方法设计控制系统,使得闭环控制系统在保证渐进稳定的同时满足H∞性能指标要求.建立导弹控制系统的线性离散模型,将提出的基于时滞不确定理论的设计方法应用于导弹俯仰-偏航通道的自动驾驶仪设计.通过仿真计算,验证了提出的控制系统设计方法在气动参数摄动...     

双发飞翼布局保形尾喷管燃气舵概念设计

针对飞翼布局操纵效能低、稳定性差等不足,基于大展弦比双发动机布局飞翼无人机,开展了保形尾喷管燃气舵概念设计,分别设计了一种燃气方向舵与燃气升降舵。结合可靠的计算流体力学(CFD)计算方法,获取了全机纵向和横航向气动特性,并与常规气动舵设计进行了对比。研究表明:燃气方向舵比传统阻力方向舵具有更好的偏航操纵效率,且基本不影响全机升阻特性和俯仰力矩特性;燃气升降舵与内翼段开设升降舵时俯仰操纵效率接近,且在小迎角下具有显著的俯仰操纵效率,带来的附加阻力较小。     

基于逆间隙环节的飞机极限环振荡抑制方法

借鉴数学中的函数与反函数思想,由间隙环节的数学模型导出逆间隙环节。分析了飞机侧偏控制系统 中副翼、方向舵舵机间隙非线性特性所引起的极限环振荡,针对副翼、方向舵舵机的非线性特性设计了相应的逆间隙环节,把所设计的逆间隙环节引入侧偏控制系统。仿真结果表明,所设计的逆间隙环节能够显著地抑制侧偏控制系统中的极限环振荡。     

空空导弹越肩发射侧向运动控制器设计

针对空空导弹越肩发射过程,设计了偏航及横滚运动的控制系统。首先分析了越肩发射过程中大攻角阶段的气动特性,提出了控制设计的目标,然后建立了包含未建模特性的偏航/横滚运动方程,在此基础上,利用滑模变结构理论设计了两通道的控制系统,仿真结果表明了该设计方法的有效性。     

民用飞机方向舵抗鸟撞分析研究

民用飞机方向舵结构通常位于垂尾后部,通过连接铰链与垂直安定面后缘相连,并通过作动器驱动其偏转,从而为飞机提供偏航力矩。对民用飞机方向舵鸟撞相关适航条款要求进行了分析,明确了方向舵抗鸟撞需要满足的具体要求。在完成上述工作后,对某型民机方向舵的抗鸟撞性能进行了全面的评估。首先通过工程算法,初步评估了该方向舵不同偏角下的鸟体撞击力,并以此为依据筛选出了鸟撞的严酷工况,避免了大量计算方向舵不同偏角的鸟撞情况,从而大大降低了仿真分析的工作量。通过SPH方法,使用PAM-Crash软件对方向舵结构进行了抗鸟撞分析,得到了方向舵翼面本体结构的损伤情况、连接铰链的受载情况和方向舵作动器的受载情况,并以此为依据,完成了对方向舵抗鸟撞性能的完整评估。     

浅淡“飘摆”的修正

波音系列的飞机场都是后掠式机翼,后掠翼飞机通常要比平直翼飞机更容易产生滚转和偏转现象,这种由于偏转而引起的滚转叫作"飘摆",后掠式机翼的飞机空气阻尼作用较小,当阵风或方向舵偏转短暂不协调时,很容易引起"飘摆",平直翼式飞机不容易产生这种现象。同时波音飞机左右机翼都安装有扰流板,当飞机受到突来的阵风或其他因素时,容易产生左右升力不一致,使飞机产生滚转,为此波音飞机都装有偏航阻尼器,波音747飞机装有两个偏航阻尼器,即上方的舵偏航阻尼器、下方的舵偏肮阻尼器,偏航阻尼器的作用是用方向舵来阻尼任何横侧和方向的…     

空空导弹越肩发射侧向运动控制器设计

针对空空导弹越肩发射过程,设计了偏航及横滚运动的控制系统。首先分析了越肩发射过程中大攻角阶段的气动特性,提出了控制设计的目标,然后建立了包含未建模特性的偏航/横滚运动方程,在此基础上,利用滑模变结构理论设计了两通道的控制系统,仿真结果表明了该设计方法的有效性。